高氮投入引起的磷限制和锰毒性抑制植物生物量

《Plant and Soil》：Phosphorus limitation and manganese toxicity induced by high nitrogen inputs suppress plant biomass

　　

摘要

背景与目的

氮（N）富集通常通过缓解氮限制来提高植物地上生物量（AGB）。然而，持续或过量的氮输入会破坏养分平衡，限制磷（P）的获取，并增强对锰（Mn）离子等二价阳离子的根系吸收，导致锰诱导的叶绿素完整性和光系统 II 功能受损。这些变化是否最终会抑制 AGB 的进一步增加尚不清楚。

方法

我们在青藏高原高寒草甸开展了一项为期四年的田间试验，设置了一系列氮添加率梯度（0, 2, 4, 8, 16, 32 g N m^?2 yr^?1）。我们测量了植物 AGB、功能群（即禾草、莎草、阔叶草和豆科植物）的叶片计量特征以及土壤理化性质。

结果

AGB 对氮添加梯度表现出非线性响应。这种模式反映了 AGB 最初因氮限制缓解而增加，随后在高氮添加下受磷限制（叶片 N:P 比超过 16）和叶片中过量的锰积累（高达 250.75 mg kg^?1）导致毒性作用而受到抑制。与禾草相比，阔叶草对锰毒性更为敏感，这导致整体 AGB 受到抑制，禾草的生物量增加不足以补偿。

结论

在持续高氮添加下，磷限制和锰毒性抑制了 AGB 的增加。这些发现表明，管理策略应侧重于养分平衡，例如补充磷或优化氮施肥率，以在氮富集加剧的情况下维持高寒草甸的长期生产力。